【明報訪問】通識導賞：物理講師看《天能》 路蘭的逆行世界存在嗎？

感謝明報星期日副刊訪問🙇🏻‍♂️
成個訪問傾咗三個鐘，傾得好開心😆

／／港大理學院助理講師、港台《五夜講場》「真係好科學」主持余海峯（David）這陣子常被朋友催促去看基斯杜化路蘭新戲《天能》，「叫我睇完解畀佢哋聽」。戲中羅拔柏迪臣飾演的Neil chok晒咁講時間如何逆行，咩逆熵，咩逆電子理論，聽David解畫後，理清一點點路蘭用科學概念施的戲法，看你會不會同意他的觀後感，「難明其實與物理學無關」？嗱，純學術討論，爛片好片不屬本文討論範圍，只能夠講科學有趣不輸電影，super。

熵是什麼？

將桌面一粒子彈吸上手掌，戲中科學家沒解釋太多未來科技如何做到「逆熵」，只說「不必試着明白，感受就可以了」。主角試了試，似懂非懂明白動作怪異倒帶，就是逆熵，即時間可以倒流。故事簡單而言就是未來的人想用逆熵在他們的「過去」毁滅世界，主角亦利用時光倒流阻止這個圖謀，而他回到過去的方法，是進入旋轉門逆轉時間方向，即像影片倒帶般，逐秒倒回某時間點行動，所以看到鳥倒後飛，也要戴口罩以免吸入逆流氧氣，再入旋轉門的話，就可把時間扭成順向，如常行動，從過去又逐秒回到現在。

停一停，在你的回憶按個pause。David說：「路蘭蠱惑地混淆了觀眾。」

定義時間的方法

物理上如何定義時間？熵是其中一個方法。「熵（entropy）是一個概念，即這個宇宙會愈來愈凌亂，熵代表有幾凌亂，就像我們面前的辦公桌，不執拾會愈來愈亂，而不會愈來愈整齊，有條法則是熵在封閉的系統不會減少，只會增加，所以物理學家說這是時間的箭頭。如我每隔一段時間為辦公桌拍一張照，即使沒表明時間，你也能排列到哪張是先哪張是後，愈亂就是愈後。」

才不是，你會說，我的桌子每天都很整齊。對，這個法則有個前提，是在封閉的系統裏才會愈來愈亂，一旦清潔阿姐開門執房，就是逆熵。難道阿姐已逆行時空？﹗宇宙冷笑一聲，當然不。「她收拾時也有消耗能量，呼吸、消化食物，會變熱能散失，熱能散失的熵（增）是多於收拾房間的熵（降），所以整體對於宇宙而言，熵仍是增加中。」

執房只是局部的逆熵，「生命亦是逆熵的最好證據，生命是高度複雜而有秩序的排列。有人會說達爾文是錯的，物種不會演化，因為生命突然存在，便違反熵增這個物理定律，這聽上去已不太合理，就如執房，以整個系統而言，熵的總和仍是增加，不會減少，如人死後化為塵土，熵亦會增多」。

熵值減少 時間可逆行？

如此，「子彈回頭，人倒轉行，物理上冇話唔得，局部的熵降低，整個宇宙熵增加都沒有問題」。局部逆熵，不代表時間逆行。但如果整個宇宙熵值減少呢？時間理論上便會逆行。在上世紀90年代以前，科學家確曾為此很苦惱。「宇宙大爆炸的理論說宇宙是無中生有，本身連時間空間都不存在，是突然出現的。科學家曾以為宇宙膨脹會減慢，最後會倒過來塌縮，像氣球不吹就會變小。膨脹時東西愈來愈分散，熵便愈來愈高；宇宙收縮，東西會聚集，熵愈來愈低，如果以熵定義時間，就是在未來某一刻，時間會倒轉方向走。」不過科學家後來發現，宇宙膨脹是加速的，永遠不會返轉頭。

終極武器：反物質炸彈

戲中角色Neil隨口提及一堆物理學名詞，睿智說完Richard Feynman的逆電子理論，又說正反電子相撞會導致「湮滅」（annihilation），實際上是兩種概念。先來點科學ABC：物質由各種元素構成，元素的最基本單位是原子，原子由更基本的粒子組成，即中子、質子、電子。中子與質子組成原子核， 電子則圍繞原子核，形成原子。

逆電子理論描述的是「一粒電子順時間向前行，就等於一粒反電子逆時間向後行」。而湮滅就如其名，「一粒正常的粒子，跟反粒子接觸時會湮滅，變成能量」。但要搞清楚，湮滅所形容的與時間逆行無關，「它是講順行的電子與反電子接觸。而我們的世界沒有逆行的反電子，因為這不是路蘭世界」。

電影內常常提及「鈈」與核武，如果要比較毁滅世界的威力，David說，若利用湮滅製造反物質炸彈，「會勁過所有炸彈，包括核彈、氫彈」。正所謂「核爆都唔割」，核彈被視為終極武器，原理是靠核分裂（nuclear fission）產生能量，「將原子分裂後，原子本身一些質量會不見了，碎片加起來會比原本輕，不見了的質量會變成能量，原子彈就靠這些能量造成爆炸」。而另一種威力強勁的氫彈，則相反靠核融合（nuclear fusion）過程中散失的質量取得能量，即前者是分，後者為合。

核分裂要用比鐵更重的元素，核武國常因各自收起幾多鈾起爭端，鈾與鈈都是會被用作製造核武的元素，「二戰掉在日本的兩個核彈，廣島的用鈾，長崎的用鈈」。至於核融合要用比鐵輕的元素，「宇宙有七成以上元素是氫，地球上最多氫是大海」，因此氫就被用來製核融合彈。

製造反物質彈可行嗎？

但核分裂彈，鈾的原子分裂過程只有0.1%質量轉為能量；氫核融合亦有0.7%。如果是湮滅呢？100%。「湮滅可提取的能量是100%，因為兩粒粒子完全消失，即所有質量消失。」

在現實世界，我們與萬物都由正常粒子組成，反粒子並不存在，但有科學家製造過。那豈不是很危險？另一電影《天使與魔鬼》（Angels & Demons）裏湯漢斯救世界，就是制止那一小瓶反物質碰到正常物質，保護梵蒂岡不被炸掉，「反物質不能碰到容器（正常物質）本身，要用磁場定在中間，所以湯漢斯要在容器無電之前找到它，在天空爆炸」。現實中科學家成功製造過反氫原子（由反電子+反質子組成，氫是最輕元素，沒有中子）及在實驗中發現過反氦核，但反粒子碰到空氣（正常粒子組成）都會湮滅，所以要製造殺傷力大的「反物質彈」，在研究如何砌出質量夠大的反物質前，先要解決儲存問題，「人類的科技還不足以抽出所有空氣造成真空」。有沒有國家在研究，就不得而知了。

祖父悖論

假如時光倒流，過去可被改變？

這個悖論好簡單，假設人類真的有時光機，我回去殺了祖父，我便不會存在，那麼又如何會有去殺祖父的我？「科學家爭論已久，如果人類科技夠進步，是否可以發明時光機？」不止祖父悖論，還有費米悖論（Fermi Paradox），「如果真有時光機，為何我們沒見到在時間旅行的人？」David笑言：「至少我一定會回到過去搞搞震，也有陰謀論說是美國政府掩藏這些人，乜都係話美國政府。」

《天能》裏的金句，What's happened, happened，妄圖改變過去是不可能的，這也有科學家猜想過，如物理學家諾維科夫提出的自洽性原則（Novikov self-consistency principle）：「發明時光機之後，如何避免祖父悖論？其中一個想法跟路蘭說的一致，設想這個宇宙有安全機制，令已發生的事無論如何都會發生，你拿刀想插阿爺也會突然跣倒。」。但這樣想，除了殺阿爺，你甚至不能回到過去踩碎一塊落葉，每一件已發生的事都不能改變的話，即時光機亦是不可能出現的東西。「如果時空旅行可以存在，而宇宙有機制保護阿爺，這機制亦會同時否定時空旅行的存在。」另外又有另一套講法，「如果允許時光機出現，是像隨意門可以行入去的話，科學家計算出可以開到這個洞，但開的時間非常短，沒可能穿過」。再來一個比較不犯駁的科幻電影路數，便是《復仇者聯盟4：終局之戰》的平行時空了，每改變一個決定，都分裂出另一個時空，回過去殺阿爺會分裂出一個沒有「我」的時空，但與本身那個「我」身處的已非同一時空。

相對論、量子力學 界線在哪裏？

話說回頭，逆電子理論不是說同一粒電子順時向前行，同時就會有反電子逆時向後行？電影彷彿將這個情况放大，放在人身上，拍成主角逆時會見到人倒後行的畫面。不過這種「粒子如何，人也必如何」的聯想，科學上其實未解決。這又回到物理學的千古難題，宏觀描述宇宙運行的相對論與微觀粒子特性的量子力學，至今未有人想到兩者如何能夠相容結合。東西有多細才夠微觀，可用量子力學解釋？多大就會跌入相對論的範疇？沒人知道界線劃在哪，如果說有條明確界線也很奇怪，合理設想應是量子力學的效應會逐漸過度至相對論的世界，反之亦然，但說到底，兩者如何相接還是未解得通的問題。

科學未解的難題，正給予路蘭想像空間創作逆行世界，不過David說，「在我們這樣的大尺度，量子效應不存在，因為每粒粒子有量子效應，加在一起會平均了，數學上計得到平均後便沒有量子效應」。科學家仍在繼續研究多「小」才進入量子力學的世界，「有研究量子論的科學家做實驗，將粒子愈砌愈大粒，看什麼時候才沒有量子效應，發現以60個碳原子砌出來的『足球』（Fullerene）都有量子效應」。

電影有無破綻？

David走出戲院，花了些時間想把情節想通，「複雜是因為戲拍得緊湊，剪接多，沒時間讓人細想。車戰那場很複雜很多人，會去想誰向前誰向後，但物理真係唔關事。好多觀眾看科幻電影覺得自己看不明白，以為是不明白科學，其實明物理都不明齣戲」。例如「未來」的主角倒帶退到過去，駛另一架車至車戰現場，反車、起火，主角被救回後，可入旋轉門再把自己的時間扭回順行，但車的殘骸沒人處理，是否一直留到原地，留到馬路都未起好的過去？「這是不是一個bug呢？」但他好像無意為此「燒腦」，反而滿懷興致與記者研究Inception結局那個陀螺，「有篇文話陀螺其實唔係男主角個圖騰，是他老婆的，他的圖騰是戒指﹗」「吓真係？」「你記唔記得老婆在夢中……」／／

餓左咁耐終於入戲院啦
一嚟就睇最喜歡導演 #ChristopherNolan 嘅 #天能
劇情唔簡單
的確故事係有少少難明
特別係「時間」嘅玩法
入場前可以先了解 #熵 #entropy
根據維基嘅解釋：
［熵的量度正是能量退化的指標。熵亦被用於計算一個系統中的失序現象，也就是計算該系統混亂的程度。］
係！呢套電影就係亂！
不過勞倫最勁係可以好有層次、好有條理咁亂比你睇！
戲裏戲外都好用心
時間逆轉、時間夾擊概念係戲名 #TENET 都有表達到
喜歡勞倫除咗劇本寫得好、層次有序、首尾呼應外
仲成日學到野
唔止思維模式，連講故事方式以至拍攝手法都層出不窮
就算未完全明白內容
你都一定會因為逆程拍攝而嘆為觀止

分享亞勤的精彩演講。這是他上周在哥倫比亞大學工學院2020畢業典禮演講。他稱為是絕對是最大的“熵”的一屆畢業生。

本文來自人工智能學家微信公眾號
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張亞勤2020寄語哥倫比亞大學畢業生：引領未知時代

2020年5月18日，人工智慧和數位視訊的世界級科學家和企業家，美國藝術與科學院院士、百度前總裁、清華大學智慧科學講席教授張亞勤博士，在哥倫比亞大學工程學院的畢業典禮上發表了主題演講。

張亞勤說:“面對全球疫情，技術成為最關鍵的變革力量，高速網路、軟體和人工智慧等基礎技術塑造我們生活、學習、工作和娛樂方式。”他提到：“隨著世界進入一個充滿挑戰和不確定性的新階段，年輕工程師迎來了回應歷史使命的決定性時刻，不僅要以技術創新，還要以同理心、勇氣和人文主義精神來迎接使命。”

哥倫比亞大學工程學院院長瑪麗·博伊斯(MaryC. Boyce)表示:“我們很高興能請到張亞勤博士(Dr.Ya-Qin Zhang)給我們的畢業生做演講，以此來紀念這一重要的里程碑。”她談到：“我們的畢業生將進入一個變化的世界，他們也將成為時代變化的締造者。學生們將受益張亞勤博士的觀點，其非凡職業道路也將鼓舞學生們。”（引用哥倫比亞大學新聞報導）

以下為百度前總裁、清華大學智慧科學講席教授張亞勤在2020年哥倫比亞大學工程學院畢業典禮上的致辭全文：

尊敬的Bollinger校長, Boyce院長，家長們，同學們，大家好。
我很榮幸能夠在這個非常時期，以特殊的形式出席這次特別的典禮。首先，恭喜2020屆畢業生，對你們取得的傑出成就表示衷心祝賀。你們做到了！

我也是一名哥倫比亞大學的學生家長。我的兒子現在哥大工學院二年級學生，我女兒是哥大商學院2020屆的畢業生。我想與所有家長分享這份難以言表的喜悅和驕傲，我們都做到了！

這無疑是我們有生記憶以來最具挑戰性和不確定性的一個時期。

我們不僅看到了科技創新的極速進步和第四次工業革命的巨大力量，人工智慧、納米技術、量子電腦和5G通信等等技術不斷突破。

我們還目睹了百年一遇的流行疾病在全球範圍內帶來的突發性破壞和災難性影響，對我們的社會基礎、經濟結構和生活方式帶來挑戰。

對於那些學習過熱力學第二定律的人來說，“熵”這個術語一定不陌生，它表示動態系統中的混沌程度(Chaos)。資訊理論的創始者Claud Shannon將這一概念擴展到了資訊的不確定性和隨機性。可以說，2020屆畢業生是被賦予“熵”值最高的一屆。未來的不可預測和混沌程度都是前所未有的。對你們如此，對我們所有人也是如此。

與你們的交流令我回想起我的學生時代和年輕時的工程師工作經歷。1990年畢業後，我的第一份工作是開發演算法，壓縮圖像和視頻，完成遠端傳輸，對國際標準MPEG和H.26x做出一點小貢獻：MPEG和H.26x也是如今Netflix、YouTube、Skype和Zoom等流行視頻應用程式的重要基礎。在過去的三十年裡，我有幸一直在激動人心的創新技術中徜徉， HDTV、自動駕駛、人工智慧和雲計算等等。在這一路走來，收穫的不僅是無窮的樂趣，也有超凡的艱辛。我想跟同學們分享我的三個體會：

1）在數據爆炸和不斷變化的世界中，成為具備強適應能力的學習者。在瞬息萬變的技術行業中，五年前學到的知識大多已無用處。你們在哥倫比亞大學中學習到最有價值的是學習新知的能力，是從繁雜噪音中分別信號的能力，是從眾多數據中提取“熵”的能力。我有一個行之有效的習慣，每天早上花10分鐘，找出對我而言最新的發現或最重要的3件事情，當天來學習。

2) 要擁有獨特的觀點和視角。當你們進入現實世界，會自然而然的開始被“打磨”，去遵循已有的趨勢，融入他人。我懇請你們保持自己的尖銳、棱角和與眾不同。當我與年輕工程師面聊時，我期待他們的觀點、他們的“熵”、他們鮮活的想法，這些遠比圓滑、打磨、“正確”要重要得多。

3) 無論做什麼事情，要秉承道德和人性。兩千多年前，偉大的希臘思想家蘇格拉底將道德作為追求真理的靈魂。大約同一時期，偉大的中國哲學家孔子把人性的“仁義”作為社會結構的基礎。在截然不同的文化下，兩位偉大思想家所見略同，並非巧合。今天，當我們面臨更多選擇、迷茫和誘惑時，這一點就變得更加重要。技術是中立的，但創新者是有使命的。技術是工具，但技術人員是為人類服務的。院長Mary Boyce對哥倫比亞工學院提出的願景“技術以人為本”是工程學的核心，也是我們工程師和技術人員的宗旨。

年輕的朋友們，對你們而言，這是一個決定性的時刻，請盡情的用你們的才華、激情和創新，更用你們的同理心，勇氣和人性，去展現，去閃耀，回應使命的召喚！

再次恭喜你們，2020屆畢業生！

以下是哥倫比亞大學對張亞勤作為畢業生典禮發言人的報導和過往成就的介紹
https://engineering.columbia.edu/news/class-day-2020-ya-qin-zhang

人工智慧和數位視訊的世界級科學家和企業家，百度前總裁張亞勤於2020年5月18日，在哥倫比亞大學工程學院的畢業典禮上發表主題演講。因為疫情的緣故，演講和畢業典禮將採取提前錄製形式，發送給全球的畢業生及其家人。

百度作為科技巨頭，向全球超過20億人提供包括移動互聯網和雲計算等服務，張亞勤曾負責智慧駕駛、雲計算、新興業務和公司的技術部門。是一位廣受讚譽的科學家和技術專家和創新領導者。他是聯合國、世界經濟論壇和許多公共論壇的領導人和發言人，積極討論新技術對社會變革性的影響以及如何縮小數位鴻溝。2018年，他帶領百度成為第一家加入國際人工智慧道德組織AI (PAI)的中國公司，目前也是全球最大自動駕駛開源平臺Apollo理事會的主席。

張亞勤說:“面對全球疫情，技術成為最關鍵的變革力量，高速網路、軟體和人工智慧等基礎技術塑造我們生活、學習、工作和娛樂方式。”他提到：“隨著世界進入一個充滿挑戰和不確定性的新階段，年輕工程師迎來了回應歷史使命的決定性時刻，不僅要以技術創新，還要以同理心、勇氣和人文主義精神來迎接使命。”

加入百度之前，張亞勤擔任了16年Microsoft的高管，任公司全球資深副總裁和微軟亞州研究院院長。2011年，他在中國創立了微軟風險投資加速器(Microsoft VentureAccelerator)。作為中國最有活力的創業引擎之一，該加速器已經幫助孵化了200多家公司。

張亞勤將在7月加入清華大學，擔任AI科學講席教授，並創立智慧產業研究院（AIR），將專注於第四次工業革命中的技術，包括自動駕駛，人工智慧、物聯網以及神經網路計算。

哥倫比亞大學工程學院院長瑪麗·博伊斯(MaryC. Boyce)表示:“我們很高興能請到張亞勤博士(Dr.Ya-Qin Zhang)給我們的畢業生做演講，以此來紀念這一重要的里程碑。”她談到：“在這個非凡的時代，沒有人能夠更好地講述技術在我們生活中扮演的角色，來描述技術在創造一個更緊密、更安全、更有創造力的人類社會中的潛力。無論工作還是社交，我們比以往任何時候都更加依賴技術來保持聯繫，我們的畢業生將進入一個變化的世界，他們也將成為時代變化的締造者。學生們將受益張亞勤博士的觀點，其非凡職業道路也將鼓舞學生們。”

張亞勤在12歲進入中國科技大學少年班，並獲得電氣工程學士和碩士學位。之後前往美國獲得喬治華盛頓大學的理學博士學位。他畢業于哈佛大學高管商業課程，在職業生涯的早期，曾擔任新澤西州普林斯頓（現為SRI）的Sarnoff Corp多媒體實驗室總監，還曾是GTE Labs（現為Verizon）的高級技術人員。

張亞勤是美國藝術與科學院院士和澳大利亞國家工程院院士。

1997年，年僅31歲的他，成為有史以來最年輕的科學家，被任命為IEEE會士。他撰寫了550多篇論文、12本書，並獲得了62項美國專利，為視頻編碼、流媒體、互聯網服務等領域的演算法和理論制定了全球標準。被IT時報、CNBC、《商業週刊》和全球商務評為亞洲十大CEO、年度CEO、50位全球傑出人物和十大創新者。

張亞勤博士是哥倫比亞工學院2022屆學生和2020屆商學院畢業生的家長，他同時還是哥倫比亞工學院訪問委員會的成員，也是哥倫比亞商學院的高級學者。

張亞勤哥倫比亞大學畢業典禮演講英文原文：

Leading in times ofuncertainty
President Bollinger, Dean Boyce, Parentsand Students:
I am honored to be here at this veryspecial occasion, at a very special time, in the most special form. First, abig congratulation to the class of 2020 for your remarkable accomplishments. Youmade it!
I am also a proud parent of Columbia.My son is a rising junior at the engineering school, and my daughter is also aclass 2020 for the business school. I share the immense joy and incrediblepride with all the parents, we all made it too!
This is undoubtedly the mostchallenging and uncertain time in our living memory.
We see the staggering pace ofinnovation and the transformative power of the fourth industrial revolution,with technology breakthroughs such as artificial intelligence, nano-technology,quantum computing, and 5G advanced communications.
We also see the sudden disruption andcatastrophic impact of the once-in-a-century pandemic at a global scale thatchallenges the very foundation of our social fabric, economic structure, andlife style.
For those of you who have learned the 2ndlaw of thermodynamics, you know the term “entropy”, which represents degree of chaosin a dynamic system. Claud Shannon, the founding father of information theory,extended this notion to measure information uncertainty and randomness. It’s fair to say that the Class of 2020 is the one that is “given” the highest entropy. The level ofunpredictability and chaos is unprecedented for you -- and for all of us.
Talking with you reminds me of my earlyyears as a student and young engineer. My first job after graduation in 1990was developing algorithms to compress imagery and video for remote transmission,essentially to extract the maximum entropy. The work eventuallycontributed in a small way to a set of international standards known as MPEGand H.26x, the base for today’s popular video applications used in Netflix, YouTube, Skype andZoom. Over last three decades, I had the distinct opportunity to work on someof the most exciting technologies such as HDTV, autonomous driving, AI, and cloudcomputing. I have had the wildest ride with not only a great deal of fun, butalso extraordinary hardship along the way. Let me share with you three of mypersonal learnings:
1) Be an adaptive learner in the world of dataexplosion and constant change. In today’s fast changing technology industry, most of what you learned fiveyears ago is irrelevant. The most valuable skill you’vegained at Columbia is the ability to learn new things, to discern the signalfrom the noise, and to extract entropy from the ocean of data. One routine Ifind particularly helpful is to commit just 10 minutes each morning and prioritize3 things – anything new and important to me – to learn that day.
2) Have a unique point of view and perspective. When you get into the realworld, there is a natural tendency to become “polished”, to follow existing trends, and toblend in with the rest.
I ASK you tomaintain your sharpness, your edge, and your differences. When I interviewpeople, particularly young engineers, I look for their point of view, theirentropy, and their flash of ideas, which to me is far more important than beingsmooth, polished or “correct”.
3) Hold Ethics and humanity at theheart of what you do. Over 2000 years ago, the great Greek thinker Ｓock-ruh-tease put ethics as the soul forthe pursuit of truth. Around the same time, the great Chinese philosopher Confuciusplaced “Renyi”, whichessentially means humanity, as the foundation for social structure. It is nocoincidence that two of the greatest minds from vastly different cultures hadthe same idea. This has become even more critical today as we all face morechoices, confusion, and temptations. Technology is neutral, but innovatorshave purpose. Engineering is a tool, but engineers serve humanity. “Engineering for Humanity”, the vision set byDean Mary Boyce for Columbia engineering is the very core of engineering andwhat engineers are all about.
My youngfriends, this is the defining moment for you, for you to rise, to shine andanswer the historic call of duty, with not only your talent, spark andinnovations, but also compassion, courage and humanity.
Congratulations again, Class 2020 !